Die Edelgase (englisch auch „rare gases“) Helium, Neon, Argon, Krypton und Xenon sind chemisch inert. Aufgrund ihrer Volatilität tendieren sie bevorzugt zu Gas- bzw. Fluidphasen und können daher als Tracer für Ursprung und Transport der Fluide verwendet werden. In Gestein ist ihre Konzentration meist sehr gering; typisch sind ~10⁻⁹ bis 10⁻⁶ cm³ STP/g für He und Ar (1 cm³ STP entspricht 2.7 x 10¹⁹ Atomen) bzw. ~10⁻¹³ bis 10⁻¹⁰ cm³ STP/g für Ne, Kr und Xe. Daher wird ihre Häufigkeit und Isotopenzusammensetzung durch Kernprozesse wie radioaktiven Zerfall oder natürliche Kernreaktionen messbar verändert, so dass sie für Datierungen eingesetzt werden können (z.B. U/Th-⁴He, ⁴⁰K-⁴⁰Ar, Oberflächendatierung mit kosmogenen Nukliden). Im Lauf der Erdgeschichte haben solche Prozesse die Edelgas-Isotopenzusammensetzung in verschiedenen irdischen Reservoirs (Mantel, Kruste, Atmosphäre) verändert. Die Isotopensignaturen liefern daher wichtige Informationen über die Herkunft und die Geschichte einer Gesteins- oder Fluidprobe.

Im GFZ-Edelgaslabor stehen die folgenden Geräte zur Verfügung:

• Zwei Edelgasmassenspektrometer (MM5400 und Helix SFT), jeweils ausgestattet mit:
  • einem Ultrahochvakuum-Ofen zum Aufheizen und Schmelzen von Gesteinsproben
  • einer Gasreinigungsanlage zur Entfernung chemisch aktiver Gase
  • einem Adsorptionskryostaten zur Trennung der Edelgase voneinander
  • einem Pipettensystem für die Eichung mit Hilfe von Standardgas
• Außerdem:
  • eine Wasserentgasungsanlage mit der Möglichkeit zum Anschluss von Gasproben
  • ein Ultrahochvakuum-Probenknacker zur mechanischen Gasextraktion aus Gesteinsproben.

Sowohl das ältere MM5400 als auch das neuere Helix SFT (Beschaffungsjahr 2012) erreichen für den Sekundärelektronen-Vervielfacher eine Auflösung m/Δm > 600, die für die Trennung von ³He⁺ (3.016 amu) von HD⁺ (3,022 amu) und somit eine genaue Bestimmung des ³He/⁴He-Verhältnisses erforderlich ist. Das Helix SFT bietet darüber hinaus mit seinem „Split Flight Tube“ (aufgespaltenes Flugrohr) die Möglichkeit, ³He und 4He simultan zu detektieren. Ein eingebautes elektrostatisches Filter unterdrückt dabei gestreute ⁴He-Ionen im ³He-Strahl, so dass auch extrem geringe ³He/⁴He-Verhältnisse mit großer Genauigkeit bestimmt werden können. Die schwereren Edelgase Ne, Ar, Kr und Xe werden in beiden Massenspektrometer-Typen im „Peak-Jump“-Verfahren gemessen, d.h. die einzelnen Isotope werden nacheinander durch entsprechende Einstellung des Magnetfelds detektiert.